▲ 기계연 패밀리기업인 (주)한라이비텍에 설치된 대형 전자빔용접 시스템(左)과 두께 120mm 스테인리스강 전자빔용접 단면 사진(右)

잠수함이나 발사체 외관 등 두께 100mm 이상 강철판을 용접할 수 있는 시스템을 국내 연구진이 개발, 이를 통해 차세대 소형모듈원자로(SMR) 압력용기의 제작 시간을 획기적으로 단축할 수 있는 국부 진공고출력 전자빔 용접시스템 국산화의 가능성도 확보했다.

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원 (원장 류석현, 이하 기계연)은 공동 연구팀이 국내 최초로 60kW급 고출력 전자빔 용접시스템 국산화 기술과 고신뢰성 공정 기술을 개발하고, 관련 연구성과를 ‘대한용접·접합학회지’에 발표했다고 20일 밝혔다.

이번 연구는 기계연 부산기계기술연구센터 레이저기술실용화연구실 서정 책임연구원 연구팀과 한국전기연구원, 부경대학교, (주)한라이비텍 연구팀이 함께 했다.

기계연은 대형 전자빔 용접시스템에 전자총과 고전압 장치를 장착한 시스템 제작과 운전에 성공했으며, 대형 진공 챔버 내부에서 수행되는 용접 공정을 외부에서 모니터링하고 전자빔 용접선을 자동으로 추적하는 용접심 트래킹 기술도 개발했다. 이 기술은 향후 무인 자율 전자빔 용접 장비에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

일반적인 전자빔 용접은 대형 진공 챔버 내부에 용접시스템을 설치해 용접하므로 진공배기시간이 오래 걸리나, 국부진공은 용접부만 부분적으로 진공하는 소형 챔버를 사용하므로 진공배기시간이 매우 단축되고 챔버 제작 가격도 매우 저렴해 진다.

기존에는 국내에서 전자총 등 일부 핵심 장비 개발에 많은 예산 소요와 기술적인 위험으로 대형 전자빔 용접 시스템 개발이 어려워, 전자총과 같은 핵심 장비를 독일과 영국, 프랑스, 일본 등에서 수입해 왔다.

기계연은 공동연구팀에서 국산화한 전자총을 탑재한 대형 전자빔 용접 시스템을 설계·제작하고, 100mm 이상의 두꺼운 금속부품을 한 번에 용접할 수 있는 기술을 개발했다. 이는 수입 장비보다 50% 저렴하게 장비를 제작할 수 있으며, 향후 두께 200mm 이상인 강철판의 소형모듈원자로(SMR) 압력용기를 용접할 수 있는 시스템의 국산화도 가능할 것 보인다. 이를 통해, 기존 대비 제작 시간 단축과 원가절감이 가능해 원전산업 분야에서 수출 경쟁력이 향상될 것으로 기대된다.

기계연 서정 책임연구원은 “이번에 개발한 고출력 대형 전자빔 용접시스템 기술과 현재 기계연에서 개발 중인 국부진공챔버 기술을 접목하면 소형모듈원자로(SMR) 압력용기의 용접이 가능해진다”고 말하며 “용접 시간 단축과 경제성 확보로 고부가가치 창출이 가능하게 될 것”이라고 밝혔다.

류석현 기계연 원장은 “최근 기계연-부산시-부산상공회의소가 협약한 ‘SMR 제작지원센터 유치·구축’과 연계해서 이번에 개발한 전자빔 용접시스템이 소형모듈원자로(SMR) 제조기술 혁신에 큰 역할을 할 것으로 기대한다”고 말했다.